Колаж Олени Зеленіної.
У світі матеріалознавства розгортається справжня революція, і її рушійною силою стає інноваційний підхід до проектування металоорганічних каркасів (MOF).
Як уже розповідала «Громада», Нобелівську премію з хімії 2025 року Шведська королівська академія наук присудила науковцям Сусуму Кітагаві, Річарду Робсону і Омару Ягхі за створення нового типу молекулярної архітектури — металоорганічних каркасів (англ. MOF). Вони мають величезний потенціал, відкриваючи можливості для виготовлення матеріалів на замовлення з новими функціями.
Про значення відкриттів, їхній вплив на подальший розвиток хімії у світі, перспективи створення нових матеріалів, а також здобутки українських науковців у цьому напрямі – у новому випуску програми «Про науку. Компетентно» , що виходить на YouTube-каналі Національної академії наук України.
Автор та ведучий програми – віцепрезидент НАН України академік Володимир Семиноженко.
Гість студії – директор Інституту хімії функціональних матеріалів НТК «Інститут монокристалів» НАН України, академік Валентин Чебанов (Харків).
В Україні працює кілька наукових груп, які займаються розробкою нових форм молекулярної архітектури.
Як зазначив академік Валентин Чебанов, Нобелівські премії з хімії все частіше присуджують за хімію матеріалів.
– І це особливо цікаво, тому що це не просто фундаментальні дослідження, а ті речі, які можна помацати руками, побачити в працюючих пристроях.
Це так звана ретикулярна хімія, тобто хімія високоупорядкованих систем.
ДОВІДКА «Громади»
Ретикулярна хімія — це галузь хімії, що займається створенням каркасних структур з молекулярних одиниць. Вона активно використовується в різних галузях завдяки своїм пористим каркасним матеріалам.
— Створюється система з чіткою структурою, і ми можемо керувати властивостями цієї структури, — пояснює Валентин Чебанов. – Наприклад, пористістю: який розмір пор ми можемо створити в цій системі.
Чому ж вчені так зацікавилися пористими речовинами?
Справа в тому, що хімікам цікава не сама порожнеча всередині речовини, а те, чим її можна заповнити.
Структура металоорганічного каркаса MOF-5. Жовта куля - це вільний об'єм пори всередині каркаса.
У цьому плані вони виявилися надзвичайно корисними «контейнерами». У них можна класти і виймати молекули газів, наприклад, запасати водень.
Їх можна використовувати як фільтри для розділення або виділення речовин, як контейнери для ліків, як базу для каталізаторів і багато чого іншого.
А за рахунок використання різних органічних молекул і різних металів, MOF можна індивідуально «налаштовувати» під найрізноманітніші завдання.
Якщо ми створимо маленькі пори, то ми можемо їх використовувати для того, щоб поглинати з атмосфери CO2.
А на сьогоднішній день це одна з найгостріших проблем людства: в атмосфері Землі вуглекислий газ є основним парниковим газом, що призводить до зміни клімату, глобального потепління і підвищення кислотності океану.
Якщо ж ми створимо пористість дещо більшого розміру – мезопористі матеріали, то такі ми можемо використовувати для вилучення радіонуклідів, важких металів, органічних сполук з води, ґрунтів тощо.
А наступний етап, коли ми створюємо макропористі матеріали, вони вже не просто поглинають (виступають як своєрідні сорбенти), а в певних умовах і віддають: здатні, наприклад, доставляти ліки в організм людини.
Омар Ягхі - "батько" MOF.
Найбільш фантастичним досягненням виглядає використання макропористих матеріалів в енергетиці.
- Це поглинання водню і його збереження, - каже академік Чебанов.
Це водневі акумулятори як енергоносії. І на сьогоднішній день вчені розглядають пористі метали як основні накопичувачі водню. А металоорганічні каркаси, які удостоєні Нобелівської премії, здатні бути акумуляторами того ж самого водню.
На сьогоднішній день кількість таких структур вже перевищила пару десятків тисяч, і їх кількість та значення будуть тільки зростати.
Для таких досліджень в Україні вже створено дуже потужну базу.
Україна є однією з тих країн, яка входить до колаборації COST, в якій вчені працюють, зокрема, над проблемою створення металоорганічних каркасів.
Дія COST – міжнародний проект. У ньому беруть участь харківський НТК «Інститут монокристалів», Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича та Київський національний університет імені Тараса Шевченка.
Один із трьох нобеліатів Омар Ягхі дуже причетний до цього проекту, тому що його учень Штефан Вуттке очолює його.
Академик Валентин Чебанов та заступниця директора Інституту хімії функціональних матеріалів з наукової роботи Олеся Кулик (Харків) урочисто вручили Диплом Почесного доктора НТК професору Штефану Вуттке, керівнику Дії COST EU4MOFs. Вручення відбулося у рамках Першої зустрічі керівного комітету Дії COST EU4MOFs у Більбао (Іспанія).
- Саме Україна кілька років тому почала активно працювати в галузі створення металоорганічних каркасів. І сьогодні це стало для нас мейнстрім-темою, - підкреслює Валентин Чебанов. - І наші фахівці поїдуть до Мюнхена (Німеччина) та Упсали (Швеція) з тим, щоб приєднатися до світових досліджень і, головне, до реального застосування цих матеріалів на практиці.
Омар Ягхі, до того, як став Нобелівським лауреатом, виступав на Харківському хімічному семінарі і розповідав саме про металоорганічні каркаси. Про дуже цікаві речі, які стосувалися не просто очищення води, а створення в посушливих регіонах систем конденсації та накопичення води.
Тобто MOF виявилися здатними поглинати мінімальну концентрацію вологи з повітря, а потім віддавати її у вигляді води.
ДОВІДКА «Громади»
Вчені НТК «Інститут монокристалів» НАН України започаткували й удоступнили для широкого кола Харківський хімічний семінар (Kharkiv Chemical Seminar), на якому з доповідями та лекціями виступають провідні науковці-хіміки світу. Зокрема, курс лекцій прочитали Нобелівські лауреати Жан-Марі Лен, Жан-П'єр Соваж, Річард Робертс, Курт Вютріх, Дан Шехтман, Ференц Крауш, а також провідні професори з Франції, Швейцарії, Австрії, Німеччини, США, Нідерландів та інших країн.
На Харківському хімічному семінарі виступав професор Крістоф Яніак, завідувач кафедри нанопористих та нанорозмірних матеріалів Дюссельдорфського університету (Німеччина), який повідомив, що MOF можуть використовуватися для сучасного кондиціонування повітря для охолодження. І ті системи, які вони створюють, значно ефективніші з точки зору використання енергії.
Використовуючи низькопотенційне тепло як рушійну енергію, можна суттєво допомогти звести до мінімуму споживання електроенергії.
Зрозуміло, що залишаються проблеми, які вчені мають вирішити при розробці MOF. Одна з таких проблем – відтворення у великих масштабах тих синтезів, які народжуються в наукових лабораторіях.
І колаборація за участю українських вчених якраз і займається відтворенням розробок у промислових масштабах. У найближчій сесії COST очікується участь великої кількості промисловців і готується спільне обговорення постановки завдань і шляхів їх вирішення.
Яке застосування MOF в біомедицині, крім вбудовування ліків в організм людини? Можливо, ця тема буде обговорюватися на наступній зустрічі вчених, принаймні академік Валентин Чебанов надихнувся цією ідеєю, що народилася прямо в ефірі.
Професор Жан-Марі Лен, лауреат Нобелівської премії з хімії, професор Інституту перспективних досліджень Страсбурзького університету доповідав на Харківському хімічному семінарі та на XV Всеукраїнської конференції молодих учених, студентів та аспірантів з актуальних питань хімії, яка в жовтні цього року відбулася в Харкові, про те, як супрамолекулярні системи можна використовувати для того, щоб створювати адаптивні матеріали для лікування хворих органів.
Такі матеріали не відторгаються організмом людини. Зокрема, пластир, який, якщо його накласти на хірургічний розріз, затягне його без єдиного шва.
Супрамолекулярна хімія займається синтезом, аналізом будови та вивченням властивостей і поведінки в хімічних реакціях не окремих молекул, а їх ансамблів.
– Нобелівська премія з хімії-2025 поєднує в собі і хімію, і біологію, і енергетику, і нові матеріали, – саме все те, що людям необхідно, – повторює академік Валентин Чебанов. – Вона і про фундаментальну науку, тому що вченим вдалося розробити абсолютно новий тип ретикулярних систем, а з іншого боку – результати досліджень вже можна використовувати в зрозумілих нам речах.
На Харківському хімічному семінарі готуються виступити ще чотири фахівці світового рівня, які будуть говорити про досягнення у створенні MOF.
Як любив говорити любитель гострого словця, лауреат Нобелівської премії з фізики, який, звичайно ж, працював у Харкові, Лев Давидович Ландау (1908–1968):
Все, що є в хімії наукового, це фізика, а решта – кухня...
Читайте також:
Неупереджена журналістика, експертний аналіз, обґрунтовані думки. Тільки перевірена інформація на нашому сайті та в наших соцмережах.
Коментарі
Ще декілька актуальних новин на зараз